En una isla hawaiana llena de color y ritmo, Lilo, una niña humana creativa y solitaria, lucha por encontrar su lugar en el mundo tras la pérdida de sus padres. Criada por su hermana mayor, Nani, su vida da un giro inesperado cuando adopta lo que parece ser un perro callejero y peculiar. Sin saberlo, ha traído a casa a Stitch, un experimento genéticamente modificado del espacio exterior, diseñado únicamente para causar destrucción.
Aunque Stitch fue creado para el caos, su convivencia con Lilo lo confronta con emociones nuevas y confusas. A través de juegos, peleas y momentos sinceros, ambos forjan un vínculo profundo y único, enseñándose mutuamente el verdadero significado del 'ohana: familia, y que familia significa que nadie se queda atrás… ni se olvida.
Mientras tanto, agentes galácticos intentan capturar a Stitch, y un trabajador social terrestre vigila de cerca la inestable situación familiar de Lilo. En medio de esta mezcla de ciencia ficción, humor y ternura, la película explora la importancia de la empatía, la identidad y la resiliencia, recordando que incluso los seres más rotos pueden encontrar un hogar, y que las familias pueden formarse de las maneras más inesperadas.